Понимание величин дБ и дБм в оптоволоконных сетях

При проведении испытаний волоконно-оптических сетей результаты обычно представляются на показаниях счетчика в дБ (dB). В этом контексте оптические потери количественно определяются в дБ, а оптическая мощность измеряется в дБм (dBm). Часто измерения потерь и мощности дают отрицательные значения, что вызывает путаницу у многих специалистов по волоконно-оптическим кабелям.

При измерениях оптоволокна мы оцениваем мощность, переносимую светом. Стандарты для измерений мощности, установленные Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST), определяются на основе эффекта нагрева света, поглощаемого детектором, установленным на противоположном от источника конце кабеля.

Каждый измеритель мощности оптоволокна калибруется в соответствии со стандартом NIST, что обеспечивает согласованность между различными измерителями в пределах неопределенности калибровки (обычно 0,15-0,20%).

Оптическая мощность в оптоволокне подобна тепловой мощности, излучаемой лампочкой накаливания, но на значительно более низких уровнях. В отличие от лампочки, например, в 100 Вт, большинство оптоволоконных источников работают в диапазоне от милливатт до микроватт (от 0,001 до 0,000001 Вт), что делает мощность, излучаемую оптоволокном, незначительной и, как правило, безвредной (если не направлять срез действующего световода непосредственно в зрачок).

На заре развития оптоволокна выходная мощность источника измерялась в милливаттах, а потери — в децибелах (дБ). Со временем все измерения, как мощности так и потерь, для удобства перешли на единицу дБ.

Измерения потерь традиционно выражались в дБ, поскольку это представляет собой отношение двух уровней мощности, один из которых служит эталоном. Логарифмическая шкала дБ, где каждые 10 дБ означают отношение 10, обеспечивает удобное и легко запоминающееся значение.

Когда в оптоволоконной системе есть потери, измеренная мощность меньше эталонной, что приводит к отрицательному логарифмическому значению и отрицательному показанию дБ на счетчике. Несмотря на то, что счетчик показывает отрицательное число, стандарт предписывает указывать потери как положительные значения. Например, показание счетчика «-3,0 дБ» означает потерю 3,0 дБ.

Измерения оптической мощности используют единицу дБм (dBm), где «м» обозначает базовую мощность, установленную как 1 милливатт. Таким образом, источник, излучающий сигнал мощностью 0 дБм соответствует 1 мВт.

Приборы, измеряющие в дБ, могут быть оптическими измерителями мощности или испытательными установками оптических потерь (OLTS), при этом первый вариант измерительных устройств обычно показывает значения в дБм для измерений мощности или дБ относительно установленного пользователем опорного уровня потерь.

Типичные значения измерений в волоконной оптике

Ниже приведены типичные измерения оптической мощности и потерь в волоконной оптике, которые можно использовать в качестве справочного материала для сравнений при оценке реальных кабельных систем:

Телекоммуникационные передатчики: Диапазон: от 0 до +10 дБм (от 1 до 10 милливатт)

Приемники: -30 дБм (1 микроватт)

Системы DWDM с волоконно-оптическими усилителями: Диапазон: от +10 до +20 дБм (от 10 до 100 милливатт)

Приемники: от -20 до -30 дБм (1-10 микроватт)

Каналы передачи данных и локальные сети: Диапазон: от 0 до -10 дБм (от 1 до 10 милливатт, 850 VCSEL) и диапазон: от -10 до -16 дБм (от 25 до 100 мкВт, светодиод)

Приемники: от -16 до -30 дБм (1-25 микроватт)

Типичные потери волоконно-оптических компонентов, измеренные с помощью источника света и измерителя мощности (LSPM), OLTS или OTDR:

Затухание в кабеле:

Многомодовом: 3 дБ/км при 850 нм (50% потери мощности на км), 1 дБ/км при 1300 нм (21% потери/км)

Одномодовои: 0,4 дБ/км при 1310 нм (9% потерь/км), 0,25 дБ/км при 1550 нм (5,5% потерь/км)

Разъемы: Диапазон: 0,3–0,75 дБ.

Приборы для измерения мощности

Инструментами, использующими измерения дБ, могут быть оптические измерители мощности или наборы для тестирования оптических потерь (OLTS). Оптический измеритель мощности обычно показывает показания в дБм для измерений мощности или дБ относительно заданного пользователем опорного значения потерь.

В то время как большинство измерителей мощности имеют диапазоны от +3 до –50 дБм, большинство источников попадают в диапазон от 0 до –10 дБм для лазеров и от –10 до –20 дБм для светодиодов.

Стоит отметить, что только лазеры, используемые в системах кабельного телевидения или дальней телефонной связи, оснащенные волоконно-оптическими усилителями, обладают мощностью, достаточно высокой, чтобы представлять реальную опасность, достигая +20 дБм – эквивалентно 100 милливатт или одной десятой ватта.

OLTS или измеритель мощности на шкале дБ измеряет относительную мощность или потери относительно опорного уровня, установленного пользователем. Диапазон измерений зависит от выходной мощности источника в устройстве и чувствительности детектора.

Для многомодового волокна OLTS, использующий светодиодный источник, обычно охватывает диапазон 0–30 дБ, что оказывается более чем достаточным для большинства многомодовых кабельных установок с потерями менее 10 дБ. С другой стороны, одномодовые сети используют лазеры и могут демонстрировать диапазоны потерь до 30–40 дБ для телекоммуникационных систем большой протяженности.

Однако кампусная кабельная система с одномодовым кабелем может нести потери только 1–3 дБ. Следовательно, одномодовый OLTS может различаться между короткими и длинными системами.

Вывод

Подводя итог, дБ измеряет потери, дБм измеряет мощность, и чем больше значение дБ (фактически оно отрицательное, не забываем про предписание стандарта), тем выше потери. Крайне важно установить эталонный ноль перед измерением потерь и периодически проверять его во время измерений, чтобы обеспечить точность результатов.